3、电流采样与ADC配置：双电阻/单电阻采样策略，GD32 ADC同步触发

电流采样是FOC控制环的「眼睛」。采样不准，后面PARK变换、PI调节全是白算。我见过不少工程师在仿真里跑得挺好，一上硬件电流波形就全是毛刺，查到最后都是ADC采样时序没对齐。

这一章咱们就聚焦GD32的ADC怎么配，才能让电流环跑得稳。双电阻和单电阻两种方案我都会讲，但说实话，工业产品里双电阻是主流，单电阻更多是为了省成本。

3.1 双电阻采样 vs 单电阻采样

先看个对比表格，心里有个底：

对比项	双电阻采样	单电阻采样
采样电阻数量	2个（下桥臂串联）	1个（直流母线串联）
相电流重构	直接测量两相，第三相计算	需根据开关状态重构
最低占空比限制	无	有（需保证采样窗口）
ADC通道数	2个（同步采样）	1个
成本	略高	低
适用场景	高性能伺服、工业驱动	低成本风机、水泵

双电阻采样的原理很简单：在电机三相中任意两相下桥臂串联采样电阻，测出这两相电流，第三相用基尔霍夫定律算出来。我习惯测U相和V相，W相直接 Iw = -(Iu + Iv)。这样ADC只需要两个通道，同步触发一次就搞定。

单电阻采样呢？它只在直流母线上放一个电阻。你得根据当前PWM开关状态，在特定时刻采样母线电流，再反推出各相电流。说白了，就是「猜」出三相电流。我在一个风机项目里用过，为了省5毛钱成本，结果调试花了两周——每次换向区附近电流重构都会出问题。

3.2 GD32 ADC同步触发机制

FOC电流环要求两相电流在同一时刻被采样。如果ADC分时采样，哪怕只差几个微秒，在高速旋转时都会引入相位误差。GD32的ADC支持多种触发源，我推荐用定时器的TRGO事件来同步触发。

具体怎么做？

1. 配置定时器：以TIMER0为例，设置中心对齐PWM模式。在计数器上溢或下溢时产生TRGO信号。
2. 配置ADC触发源：将ADC的触发源选择为TIMER0的TRGO。GD32的ADC有规则组和注入组，电流采样用规则组就够了。
3. 配置采样时间：确保ADC采样窗口落在PWM下桥臂导通区间内。

我贴一段核心配置代码，这是我在GD32F303上验证过的：

// 配置TIMER0产生TRGO
timer_parameter_struct timer_initpara;
timer_initpara.period = 3999;          // 10kHz PWM
timer_initpara.prescaler = 107;        // 108MHz / 108 = 1MHz
timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_CENTER_ALIGNED;
timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init(TIMER0, &timer_initpara);

// 使能TRGO输出（上溢/下溢事件）
timer_master_slave_sync_config(TIMER0, TIMER_MASTER_SLAVE_MODE_ENABLE);
timer_trigger_output_config(TIMER0, TIMER_MASTER_TRGO_UPDATE);

// 配置ADC0触发源为TIMER0 TRGO
adc_external_trigger_source_config(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL, ADC0_1_EXTTRIG_INSERTED_T0_TRGO);
adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL, ENABLE);

3.3 采样时序与PWM对齐

为什么采样时序这么重要？你想想看，PWM开关动作会在母线上产生巨大的电流尖峰。如果ADC刚好在开关时刻采样，读到的值全是噪声。

正确的做法是：把采样窗口放在PWM周期的中间区域，避开开关沿。对于中心对齐PWM，下溢时刻（计数器=0）和上溢时刻（计数器=period）都是理想的采样点。

我画了一张时序图，帮你理清关系：

从图上你能看到：ADC触发信号与PWM下溢时刻严格对齐。每次下溢，ADC同时采样两相电流。这个时序一旦确定，整个电流环的采样频率就固定了——就是PWM频率。

3.4 ADC配置实战要点

GD32的ADC有几个关键参数需要你注意：

• 分辨率：12位是标配，但如果你母线电压只有12V，建议用12位。如果母线是48V或更高，12位也够用，但要注意采样电阻的功耗。
• 采样时间：GD32的ADC采样时间可配置为1.5~239.5个ADC时钟周期。我一般设成13.5个周期，配合1MHz的ADC时钟，采样窗口约13.5μs。这个时间足够让采样电容稳定。
• 转换模式：用规则组连续转换，但触发源要选外部触发。别用软件触发，软件触发没法保证和PWM同步。

下面是一个完整的ADC初始化代码片段，双电阻采样用：

// ADC0和ADC1同步初始化
void adc_current_sampling_init(void)
{
    // 使能ADC时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC1);
    
    // ADC时钟配置：ADCCLK = 108MHz / 8 = 13.5MHz
    rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV8);
    
    // ADC0配置
    adc_special_function_config(ADC0, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
    adc_special_function_config(ADC0, ADC_CONTINUOUS_MODE, DISABLE);
    adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 2);
    
    // 采样时间：13.5个周期
    adc_sampling_time_configure(ADC0, ADC_CHANNEL_0, ADC_SAMPLETIME_13POINT5);
    adc_sampling_time_configure(ADC0, ADC_CHANNEL_1, ADC_SAMPLETIME_13POINT5);
    
    // 外部触发配置（TIMER0 TRGO）
    adc_external_trigger_source_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_T0_TRGO);
    adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);
    
    // 使能ADC
    adc_enable(ADC0);
    delay_1ms(1);
    adc_calibration_enable(ADC0);
    
    // ADC1配置（与ADC0相同）
    // ... 省略重复代码
}

3.5 采样值到实际电流的转换

ADC读到的值是数字量，你得把它转成实际电流值。公式很简单：

I_actual = (ADC_value / 4096) * Vref / R_shunt / Gain

其中：

• ADC_value：ADC转换结果（0~4095）
• Vref：ADC参考电压（通常3.3V）
• R_shunt：采样电阻阻值（常用0.01Ω或0.005Ω）
• Gain：运放放大倍数（通常20~50倍）

举个例子：ADC读到2048，Vref=3.3V，R_shunt=0.01Ω，Gain=20。那么实际电流 = (2048/4096) * 3.3 / 0.01 / 20 = 0.825A。

3.6 单电阻采样的特殊处理

如果你非要用单电阻，有几个坑必须提前知道：

• 采样窗口限制：当占空比接近0%或100%时，下桥臂导通时间太短，采样电容来不及稳定。我建议在代码里做占空比钳位，最小占空比不低于10%。
• 换向区重构：在扇区切换时，两相同时换向，母线电流无法反映单相电流。这时候需要用上一周期的电流值做预测，或者插入额外的采样点。
• ADC触发策略：单电阻需要在PWM周期内触发两次ADC——一次在中心，一次在边沿。GD32的注入组可以做到，但配置起来比双电阻麻烦不少。

说实话，除非成本压力极大，否则我不推荐单电阻。省下的几毛钱，最后都花在调试时间上了。

3.7 本章小结

电流采样是FOC控制环的地基。双电阻方案稳定可靠，采样时序与PWM对齐是核心。GD32的ADC支持外部触发，用TIMER0的TRGO信号就能实现同步采样。配置时注意ADC时钟频率、采样时间、触发源选择这三个关键点。